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Verfahren und Kokillen zur Verlegung der Schwäehezone aus der Mitte eines Blockes nach einer Seite hin und Erzielung einer besseren Stapelfähigkeit und Erstanfassung.
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Blockformates und Kokillenfoimen dazu, womit mehrere technologisch und wirtschaftlich wichtige Vorteile erzielt werden. Der Grundgedanke ist die Schaffung eines in seiner Querschnittform unsymmetrischen Roh- rundblockes (Ingot) gegenüber den bisher allgemein üblichen symmetrischen Formen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kommt nun hauptsächlich dem bisherigen runden, also symmetrischen Blocke zugute, obwohl auch der kantige (quadratische, rechteckige, vielkantige) Ingot dadurch für spezielle Fälle verbessert werden kann. Die Vor-und Nachteile der symmetrischen Blöcke sind bekannt ; ebenso ist bereits bekannt, durch besondere Formgebung der Kokillen das Erstarren des Metalles zwangsweise in einer bestimmten Richtung erfolgen zu lassen, wie dies z. B. aus den deutschen Patentschriften Nr. 218402 und Nr. 311262 hervorgeht. Diese Vorschläge gehen jedoch auf die Verbesserung durch Einwirkungen auf Erstarrungsvorgänge in Richtung der Längsdimensionen der Ingots hinaus und nicht, wie gemäss der Erfindung, im Sinne von Einwirkungen auf die Erstarrungserscheinungen im Querschnitt.
Es zeigen daher alle in der Literatur darauf hinweisenden Zeichnungen nur Block-oder Kokillenformen, die im Querschnitt symmetrisch sind. Auch das Hervorrufen von Wirbelungen im flüssigen Metall-wie ebenfalls schon vorgeschlagen-durch spiralige oder andere geformte Längsprofile der Kokillen kann den angestrebten Zweck nicht erfüllen.
Die Kristallisation oder Transkristallisation eines Blockes geht bekanntlich beim Erstarren der kantigen symmetrischen Blöeke im Sinne der Diagonalen vor sich ; hingegen beim runden symmetrischen Block zufolge seiner gleichmässigen Umfangsverteilung im radialen Sinne, dem Mittelpunkt zu. Da aber beim Rundbloek keine Ecken vorhanden sind, welche richtunggebend auf die Gefügebildung einwirken, so geht beim runden Block die Änderung des Aggregatzustandes willkürlich vor sich, wodurch das Blockinnere wolkenartig verteilte Verdichtungen oder Blasenräume oder Saigerungen usw. zeigt.
Trotzdem hat der runde Block vor dem kantigen den Vorteil der geringsten Oberfläche bei grösstem Gewicht voraus. Aber gerade dadurch wird irgendein Fehler am runden Block sich umso schädlicher auswirken als im kantigen Block ; es ist auch einwandfrei erwiesen, dass runde Blöcke sowohl im Inneren als auch aussen leichter reissen. Dasselbe gilt auch für die Weiterverarbeitung auf Fertigware.
Dagegen hat der kantige Block wieder den grossen Vorteil der einfachsten Stapelfähigkeit. Das Aufstapeln runder Blöcke ist kostspieliger wegen des Abrollens derselben. Dazu kommt die Schwierigkeit des Beibehaltens der erteilten oder gewünschten Richtung oder Bewegung des Rundblockes auf Rollgängen im Walzwerk usw. oder das schwierige Auflegen und erste Festhalten desselben auf dem Amboss von Hämmern oder Pressen usw. Die Kompliziertheit dieser Vorrichtungen zur Erstanfassung entfällt beim eckigen Block. Aber auch während des Heissbearbeitungsvorganges selbst bildet der Rundblock oder Spiralblock oft windschief Formen oder würgt sich schraubenartig durch ein Walzenkaliber, wohingegen der kantige Block steht.
Um nun den runden Block von seinen Nachteilen möglichst zu befreien und den Kantbloek in Spezialfällen noch zu verbessern, wird gemäss der Erfindung die symmetrische Blockform verlassen und ein unsymmetrischer Block geschaffen, u. zw. so, dass ungefähr der grössere Teil des runden oder kantigen Umfanges erhalten bleibt und der restliche Teil bekantet, also unrund gemacht wird. Daraus ergibt sich z. B. für den Fall des Vorabdrehens der kalten Blöcke behufs Reinigung von ihren Oberflächenfehlern,
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während der Rest der Oberfläche auf Spezialkantblockdrehbänken bearbeitet wird. Bei vorliegendem unsymmetrischen Quadratblock bildet natürlich der Rundteil die Unsymmetrie.
Was die Geffigebildung im Block betrifft, so wird durch die Unsymmetrie eine gewollte Verschiebung des Schwächezentrums der Transkristallisation oder der sich daraus ergebenden Gefahrenzonen aus der Blockmitte gegen den Rand erreicht, d. h. die SchwächezQnen im Querschnittsinne werden nach ungefährlichen Zonen dirigiert.
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usw. wolkenaitig verteilt. Diese Grundform kann auch etwas elliptisch geformt sein, ohne dass dadurch eine Verbesserung erzielt wurde. Im Quadratblock ergibt sich bekannterweise ebenfalls ein Schwächezentrum, aber an bekannter Stelle, und die Transkristallisationen folgen den Diagonalen.
Im rechteckigen Block erfolgen diese Kristallisationen ähnlich wie im Quadratblock, nur ergibt sich ein langgestrecktes Schwächefeld im Sinne der Längsseite des Rechteckes.
Der Erfindungsgedanke ist in den Figuren der Zeichnung erläutert. Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen unsymmetrischen Rundblock Ri, welcher nach ebenen Abflachungen im Sinne der Linien d-d, cll-cll unsymmetrisch ist. Fig. 2 ist der Querschnitt durch einen ebenfalls unsymmetrisch gemachten Rundblock R2, der einspringende Winkelflächen im Sinne der Iinien e, e"e, e, aufweist oder noch zusätzliche Abplattung nach Linie e-e.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch einen Rundbloek ssg, der vermöge nach aussen springender Winkelflächen unsymmetrisch gemacht wurde im Sinne der Linien f"f"f, oder noch durch zusätzliche Abplattung nach Linie/-/ Fig. 4 stellt wieder einen Rundblock R4 dar, der
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unsymmetrischen Ingot R6, dessen Querschnitt aus Quadrat und Halbkreis kombiniert ist.
In den Fig. 1, 2, 3, 4,5 und 6 ist ersichtlich, wie das sonst auf den gleichartigen Mittellinien 1, 2, 8, 4, 5,6 gelegene Schwächezentrum des Rohblockes aus der Mittelzone herausgedrückt wird, u. zw. im
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für die Rundformblöcke.
Der eingangs erwähnte Vorteil von Blockform Q und P in bezug auf die einfachere manuelle Bedienung bei der Weiterverarbeitung vermöge der vorhandenen Abflachungen kommt nunmehr auch
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den Blöcken Q, R4 und R beispielsweise Fertigkaliber eingezeichnet, welche sonst die Schwächestelle ungefähr in der Mitte hatten. In vielen Fällen aber, wie z. B. für Schienen S, Quadratmeisselstahl M, Feilenstahl F, wird durch die erfindungsgemässe Unsymmetrie die innere Schwächestelle von der äusseren Verbrauchs-oder Schnittstelle des fertiggeformten Stahlgegenstandes weggerückt, so beim Feilenstahl F gegen die Linie g-g oder beim Werkzeugstahl M gegen die Linie h-h oder im Schienenprofil S von den Diagonalen q nahezu unabhängig gemacht.
Letzteres dann, wenn der künftige Schienenblock nicht quadratisch und nicht rund, sondern z. B. entsprechend dem Radius r und dem Kreis 33 am Kopfende rund und am Fussende eckig oder gemäss Bogen 11 unsymmetrisch geformt wird.
Bei den Schienen S kann der Vorteil des raschen Einsetzens der Kristallisation bei der Blockform Q nunmehr kombiniert werden mit der gleichmässigeren Verteilung des Randgefüges infolge der Halbkreisform 33 (Radius r) in Fig. 6. Dadurch weist dann auch die fertige Schiene gerade an dem am meist beanspruchten Teile, nämlich am Kopfe, keine Einflüsse im Sinne der Diagonalen auf, wo sonst oftmals die Schwächestelle lag. Bei Brammenblöcken P kann man sinngemäss verfahren.
Man hat es daher durch die angepasste Formgebung im unsymmetrischen Sinne bis zu einem praktisch möglichen Begriffe in der Hand. die dichtesten Blockstellen dorthin zu dirigieren, wo dann bei der Benützung des Fertigfabrikates die am meisten beanspruchte Stelle sein wird. Verschiebungen der Sehwäehezonen könnten vielleicht auch noch durch die Mitanwendung der bekannten einseitigen Aussenkühlung bewirkt werden, was aber nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung gehört. Die Praxis wird natürlich nicht völlig damit übereinstimmen, denn die heute noch unbekannten und unerfassbaren Einflüsse von Abschreckungen, Zugluft, Giesstemperatur, Giessgeschwindigkeit, Stahldicke und Kokillenwandstärke werden im erkalteten Stahlblock oftmals einen verschobenen Zustand- erscheinen lassen.
Immerhin sind durch die obigen Ausführungen die Vorteile des unsymmetrischen Blockes erklärlieh.
Dazu kommt noch, dass der Einfluss einer prozentual geringfügigen Oberflächenunsymmetrie
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Hochtemperatur des Blockinnern eine Art Vergütungsprozess von selbst ergibt, wodurch ein Verschwindungseinfluss auf die Schwächezonen in den ganz grossen Blocken erreicht wird. Es lässt sich hinsichtlich
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dieser Unsymmetrie der Begriff eines kleinen, mittleren und grossen Blockes nicht scharf abgrenzen.
Immerhin dürfte das geschilderte Verfahren die besten Resultate bei Edelstahlblöcken ergeben, die zwischen 130 und 530 mm Seitenkante oder Durchmesser haben, und bei Schienenblöcken und Brammen mit noch grösseren Dimensionen.
Durch die Pfeile 44, 55, 66,77 und 88 bzw. 99, welche auf der jeweiligen entgegengesetzten Seite der Unsymmetrie eingezeichnet sind, wild angedeutet, wie der Block im ersten Stiche des Walzwerkes oder beim ersten Hammeischlage usw. geformt wild (siehe die Abflachungen cl-d in Fig. 1, e-e in Fig. 2, f-f in Fig. 3, g-g in Fig. 4 und h-h in Fig. 5 bzw. 11 in Fig. 6). Einen solchen Walzblock kann man mit einfachen bekannten mechanischen Mitteln nach dem Erststich leicht aufkanten und in der Aufkantstellung festhalten, worauf der Zweitstich natürlich senkrecht auf die erhaltene Abplattung erfolgt. Um den Zweitstich zu erleichtern, kann auch eine Abplattung im Sinne der Linie d2-d2 neben dj-d, noch am Block angebracht werden. Sinngemäss gilt diese doppelte Unsymmetrie auch für die einspringenden Eeken e nach Fig. 2.
Die Ecken können gleichartige, aber auch veischiedene Winkel besitzen.
Bei Fig. 5 z. B. wird man erst zwischen 88 und 18 drücken und dann im zweiten Durchgange zwischen 88 und 9. Es sind daher besonders solche unsymmetrische Formen zweckmässig, bei welchen die zwei Bogen hl und h2 etwa im Winkel von 900 zueinander stehen.
Will man aus walztechnischen Gründen vom Spitzenbogenkaliber ausgehen, so werden die Blockquerschnitte Fig. 3 und Fig. 5 richtig sein. Für ganz grosse Schmiedeblöcke kann das Prinzip der Unsymmetlie insofern Verwendung finden. als das Verhältnis vom grösseren Rundoberflächenteil zum unsymmetrischen kleineren Teil (siehe Fig. 1. 2, 3, 4 und 5) etwa von 50% bis 80% betragen kann.
Was die zu verwendenden Kokillen betrifft, so ergibt sich deren Konstruktion zwangsläufig aus der unsymmetrischen Blockform. Es ist darauf zu achten, dass Ecken, wie dies die Fig. 1. 2,3 und 4 (Radius r4) zeigen, dicker sein sollen als die anschliessenden Rund-oder Flachteile und dass selbstver- stündlich die Verjüngung der Blöcke gewahrt bleibt, um die Kokille abziehen zu können. Diese Ver- jüngung braucht aber nur gering zu sein.
Vorhandene symmetrische oder runde Kokillen können dutch Einlegestiicke E (Fig. 2) zur Herstellung unsymmetrischer Blöcke nutzbar gemacht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verlegung der Schwächezone aus der Mitte eines Blockes nach einer Seite hin und Erzielung einer besseren Stapelfähigkeit und Erstanfassung, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen runde Querschnittsform der Blöcke teilweise unterbrochen, also unsymmetrisch gemacht wird.